本网讯 近日，我校材料科学与工程学院刘易斯博士团队在金属空气电池氧电催化剂研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Intermediate-Spin Fe(III)-N₄ Sites Embedded in FeNi/Fe₂P@CNT on Nanocarbon Architectures as a Bifunctional Catalyst for Advanced Zinc-Air Batteries”为题发表在国际知名期刊Journal of Energy Chemistry上。该期刊由中国科学院大连化学物理研究所与科学出版社主办，在能源化学、催化与电化学等交叉领域具有重要学术影响力，影响因子为14.9，中科院一区TOP。
材料科学与工程学院2023级硕士生曾永航为论文第一作者，刘易斯博士为共同第一作者及通讯作者，湖北师范大学为第一通讯单位，该研究还得到了光电转换材料与器件湖北省重点实验室平台支持。
金属空气电池因其高比能量与环境友好性，被视为下一代储能技术的重要方向。但其核心难题在于正极侧需要同时具备高效ORR与OER的低成本双功能催化剂，并在长期充放电循环中保持稳定结构与活性。传统非贵金属催化剂常面临活性位点难以兼顾、结构易失稳等瓶颈。基于此，本研究合成了一种被碳基网络限域的Fe2P/FeNi 异质纳米结构复合材料（Fe2P/FeNi/NPC），形成高密度中等自旋 Fe(III)-N₄ 活性位点，FeNi/Fe₂P 异质纳米结构和碳纳米管导电网络耦合，使材料兼顾了高活性、快速传输与高稳定性三要素。组装的可充电锌空气电池（ZAB）表现出 755.08 mAh g-1 的高比容量、0.79 V 的低充放电电压差以及超过 1400 h 的卓越循环稳定性。结合原位拉曼光谱和第一性原理计算，研究揭示了中间自旋态 Fe(III)-N₄ 位点的电子结构调控机制，该自旋态可优化Fe-3d 电子的离域性与自旋极化效应，从而平衡*OH、*O、*OOH 等反应中间体的吸附与解吸过程，显著提升双功能氧电催化活性。该成果系统阐明了自旋态调控与异质结构协同对非贵金属催化剂性能增强的作用机制，为设计高效稳定的 Fe-N-C 系催化剂提供了新的思路。
作者简介：
曾永航，材料科学与工程学院2023级硕士研究生，研究方向为金属空气电池阴极材料，导师为刘易斯副教授。研究生期间在高水平SCI期刊发表论文3篇，申请国家发明专利2项。获得中国国际大学生创新大赛（2024）校级金奖，获2024年校一等奖学金。
刘易斯，博士，副教授，硕士生导师，湖北省楚天学子。近几年主持国家自然科学基金青年项目、湖北省自然科学基金项目（青年、面上）、国家重点实验室开放课题等多项科研项目。刘易斯博士团队主要从事电催化材料以及金属空气电池等相关领域的研究，已在Carbon Energy, Infomat, Nano Energy, Nano Research, Chemical Engineering Journal, Small, ACS Applied Materials& Interfaces, Carbon等国际知名SCI期刊发表论文50余篇，其中 ESI 高被引论文3篇，h-dex为23。申请国家发明专利5项。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jechem.2025.07.005